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Wie Windantriebe Frachtschiffe effizienter machen

Wenn zur Kieler Woche hunderte Segelboote um die Wette fahren, ist der Wind der eigentliche Antrieb. Doch seine Bedeutung reicht weit über den Segelsport hinaus. Direkt in Kiel forscht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) daran, wie Wind künftig auch Frachtschiffe klimaverträglicher machen kann.

Moderne Windantriebe haben mit den Segelschiffen vergangener Jahrhunderte nur noch wenig gemeinsam. Rotoren, Flügelsegel und automatisierte Segelsysteme basieren auf aerodynamischen Erkenntnissen aus der Luftfahrt und werden zunehmend als Baustein für die Dekarbonisierung der Schifffahrt betrachtet.

Das DLR geht dabei noch einen Schritt weiter: Im Fokus steht nicht nur das Segel selbst, sondern das gesamte Schiff als Energiesystem – von der Rumpfform über Batterien und Wasserstoffspeicher bis hin zu wetterabhängiger Routenplanung und Energiegewinnung an Bord.

Das DLR-Institut für Maritime Technologien und Antriebssysteme mit seinen Betriebsstätten in Kiel und Geesthacht untersucht, wie sich Windenergie möglichst effizient für den Gütertransport nutzen lässt.

Annika Fitz, Ingenieurin für Energiesysteme speziell auf Schiffen, und Lars Schmitz, Schiffbauingenieur und Experte für Windantriebe, arbeiten beide beim DLR und erklären das Thema im Gespräch.

Erleben wir gerade einen Anstieg der Windantriebe in der Handelsschifffahrt?

Lars Schmitz: Ja, wir sehen derzeit einen deutlichen Aufwärtstrend. Laut der International Windship Association (IWSA) fahren mittlerweile mehr als 100 große Schiffen mithilfe von Windantrieb. In den letzten sechs Monaten gab es somit einen Zuwachs von mehr als 25 Prozent. Der Druck zur Dekarbonisierung wächst und gleichzeitig erkennen immer mehr Reedereien die Vorteile von Windantrieben. Wind ist eine erneuerbare Energiequelle, die direkt vor Ort verfügbar ist. Das macht sie für die Schifffahrt besonders interessant.

Warum kommt die Technologie ausgerechnet jetzt zurück?

Schmitz: Die Rahmenbedingungen haben sich verändert. Die internationale Schifffahrt muss ihre Emissionen deutlich reduzieren, während alternative Kraftstoffe wie Methanol, Wasserstoff oder Ammoniak auf absehbare Zeit teuer und begrenzt verfügbar bleiben werden. Jede Kilowattstunde Energie, die direkt aus dem Wind gewonnen wird, senkt den Bedarf an diesen Energieträgern. Gleichzeitig machen Windantriebe die Schifffahrt und die Wirtschaft unabhängiger von globalen Energiemärkten und resilienter gegenüber Energiepreisschocks. Das macht sie nicht nur ökologisch und wirtschaftlich, sondern auch strategisch attraktiv.

Viele denken bei Windantrieben zuerst an Segel. Das DLR spricht dagegen häufig vom „Gesamtsystem Schiff“. Was bedeutet das?

Annika Fitz: Wir betrachten das Schiff als Gesamtsystem. Dazu gehören der Rumpf, die Segel, die Antriebsanlage, Energiespeicher, alternative Kraftstoffe und die Betriebsstrategie. Erst wenn diese Komponenten gemeinsam optimiert werden, lassen sich große Einsparungen erzielen und auch die nicht für den Vortrieb gebrauchte Energie aus den Segeln sinnvoll nutzen.

Warum sollte ein Schiff bei starkem Wind eigentlich nicht nur fahren, sondern sogar Energie erzeugen?

Fitz: Genau diese Frage stand im Mittelpunkt unseres Projekts Hyro, das wir gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft durchgeführt haben. Die Idee war, Segel als Hauptantrieb von Seeschiffen zu nutzen. Bei günstigen Windbedingungen können sie mehr Vortrieb erzeugen, als für die gewünschte Fahrtgeschwindigkeit nötig ist.

Schmitz: Dieses Energiepotenzial lässt sich durch Rekuperation nutzen. Im Hyro-Projekt wurde untersucht, wie überschüssige Energie durch die Bewegung der Schiffsschraube über Hydrogeneratoren in Strom umgewandelt werden kann. Dieser kann direkt an Bord genutzt oder in Form von Wasserstoff gespeichert werden. So trägt der Wind nicht nur zur Fortbewegung bei, sondern kann auch die Energieversorgung des Schiffs unterstützen.

Welche Projekte verfolgt das DLR aktuell in diesem Bereich?

Fitz: Odyssa ist derzeit eines unserer zentralen institutsübergreifenden Projekte. Es handelt sich um ein Softwareframework, mit dem wir unterschiedliche Schiffskonzepte analysieren und bewerten können. Dabei fließen Erfahrungen aus früheren Projekten wie Hyro ein. Gleichzeitig erweitern wir Odyssa kontinuierlich, etwa um Stabilitätsbetrachtungen, Sicherheitsaspekte, Manövrierfähigkeit oder die Bewertung neuer Energiesysteme.

Schmitz: Darüber hinaus arbeiten wir mit Industriepartnern und Forschungseinrichtungen an der Verbesserung von Leistungsprognosen für Windantriebe und untersuchen neue Konzepte für Wetterrouting und Schiffsoptimierung.

Das gesamte Gespräch gibt es unter diesem Link.